JP2017063575A - 電動車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータやインバータの高温化を防止しつつ、登坂路でのモータ走行モードによる車両の停止を実現する。
【解決手段】モータ5と、インバータ52と、電動車両がモータ走行モードにて登坂路で停止する制御を行う制御装置1とを備え、電動車両の状態情報および登坂路の勾配情報を取得する取得部(ステップS1〜S3)と、電動車両のずり下がり力に対抗するモータの釣り合い駆動力Fを算出する算出部(ステップS4)と、釣り合い駆動力F、および温度上昇の飽和特性に基づいてモータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiの変化を推定する推定部(ステップS5、S6)と、モータ5の駆動可能時間tmおよびインバータ52の通電可能時間tiを算出する算出部(ステップS7、S8)と、駆動可能時間tmおよび通電可能時間tiの小さい側が所定時間t(th)以下になるとモータ走行モードを切り替える切り替え部(ステップS9〜S14)と、を備えた。
【選択図】図2
【解決手段】モータ5と、インバータ52と、電動車両がモータ走行モードにて登坂路で停止する制御を行う制御装置1とを備え、電動車両の状態情報および登坂路の勾配情報を取得する取得部(ステップS1〜S3)と、電動車両のずり下がり力に対抗するモータの釣り合い駆動力Fを算出する算出部(ステップS4)と、釣り合い駆動力F、および温度上昇の飽和特性に基づいてモータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiの変化を推定する推定部(ステップS5、S6)と、モータ5の駆動可能時間tmおよびインバータ52の通電可能時間tiを算出する算出部(ステップS7、S8)と、駆動可能時間tmおよび通電可能時間tiの小さい側が所定時間t(th)以下になるとモータ走行モードを切り替える切り替え部(ステップS9〜S14)と、を備えた。
【選択図】図2
Description
本発明は、モータ走行モードを含む複数の走行モードを切り替え可能な電動車両の制御装置に関し、より詳細には、登坂路にてモータ走行モードで停止するときの制御に関する。
エンジンおよびモータを駆動源に備えたハイブリッド車両では、一般的に、複数の走行モードが用いられて快適な運転操作性および良好な燃費が確保される。通常、低速走行ではモータのみを駆動源とするモータ走行モードが多用され、高速走行ではエンジン走行モードが多用される。また、エンジンおよびモータを駆動源とするハイブリッド走行モードでは、例えば、急な登坂路においてエンジンおよびモータの駆動力が合算される。さらに、ハイブリッド車両では、制動時にモータを発電機として利用し、回生発電を行ってバッテリを充電する。上記した走行モード等の切り替え制御は、電子式のハイブリッド車両用制御装置によって自動的に行われる。
登坂路でハイブリッド車両を一時停止させる場合に、迅速な発進を所望する運転者は、ブレーキペダルを操作せずにアクセルペダルを操作し、モータ走行モードによる駆動力によって車両を停止させる。このとき、ハイブリッド車両が登坂路をずり下がろうとするずり下がり力に対抗して、モータから釣り合い駆動力が出力されて停止状態が保たれる。また、モータは、回転することなく駆動力を出力するので、電気入力の殆どが熱エネルギに変換されて温度が急峻に上昇する。モータ走行モードにて登坂路で車両を停止させる場合に、モータの温度上昇を推定する技術例が特許文献1に開示されている。
特許文献1の電子制御装置は、上り坂(登坂路)においてハイブリッド車両がモータ走行モードで停止状態にあるか否かを判定する手段と、取得した物理量に基づいてモータの温度が上限温度に到達するまでの余裕時間を推定する手段と、余裕時間が予め設定された所定時間に達した場合にモータ走行モードから少なくともエンジンを用いる走行モードに切り替える手段と、を備える。これによれば、モータの温度が上限温度に到達するまでの余裕時間を推定して、モータの駆動力が制限される以前にエンジンを駆動し、上り坂における車両のずり下がりを抑制しつつ燃費を向上できる、とされている。
ところで、特許文献1の技術では、センサで取得した瞬時温度に基づいて単位時間あたりの温度上昇量を求め、温度上昇がリニアに継続するものとして余裕時間を算出している。このため、モータの温度上昇が実際には飽和傾向を示して上限温度を越えない場合でも、エンジンを駆動してしまい、燃費が低下するというデメリットが生じる。さらに、特許文献1の技術は、モータの温度のみに基づき、モータ走行モードにて登坂路で停止していてよいか否かを判断している。このため、インバータの高温化を防止する何らかの対策が必要になる。
なお、上記した問題点は、ハイブリッド車両に限定されるものでなく、複数の走行モードを有する電動車両に共通する。つまり、上記した問題点は、例えば、複数のモータの駆動台数を切り替える電動車両や、モータの出力側に変速機を備えて変速段の切り替えにより駆動力を調整する電動車両などに共通する。
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、モータやインバータの高温化を防止しつつ、登坂路でのモータ走行モードによる車両の停止を実現する電動車両の制御装置を提供することを解決すべき課題とする。
上記課題を解決する本発明の電動車両の制御装置は、駆動輪を回転駆動するモータと、前記モータに流れる電流を制御して出力される駆動力を調整するインバータと、前記モータのみを駆動源にして走行するモータ走行モードを含む複数の走行モードを切り替え可能な電動車両に対して、前記モータ走行モードにて登坂路で停止する制御を行う制御装置とを備え、前記電動車両の前記走行モードの切り替え制御に関与する情報、および前記登坂路の勾配に関する情報を取得する情報取得部と、取得した情報に基づいて、前記電動車両が前記モータ走行モードにて前記登坂路で停止していることを判別するとともに、前記電動車両が前記登坂路をずり下がろうとするずり下がり力に対抗して前記モータから出力されている釣り合い駆動力を算出する釣り合い駆動力算出部と、算出した釣り合い駆動力、および温度上昇の飽和特性に基づいて、前記モータの温度の変化および前記インバータの温度の変化を推定する温度変化推定部と、推定した温度変化に基づいて、前記モータの温度が設定されたモータ側上限許容温度に到達するまでの駆動可能時間、および前記インバータの温度が設定されたインバータ側上限許容温度に到達するまでの通電可能時間を算出する時間算出部と、前記駆動可能時間および前記通電可能時間の小さい側が所定時間以下になると、前記モータ走行モードを他の走行モードに切り替えるモード切り替え部と、を備えた。
これによれば、釣り合い駆動力、および温度上昇の飽和特性に基づいて、モータおよびインバータの温度の変化を推定でき、さらには、駆動可能時間および通電可能時間を算出できるので、登坂路でのモータ走行モードによる車両の停止を所定時間の限度まで実現できる。また、所定時間の限度に達したときには、モータ走行モードを他の走行モードに切り替えてモータの駆動力を軽減することにより、モータおよびインバータの発熱量が低減されるので、高温化を防止できる。
本発明の第1実施形態の電動車両の制御装置1について、図1〜図6を参考にして説明する。電動車両として、エンジン2およびモータ5を駆動源に備えたハイブリッド車両を例示できる。駆動源に主モータおよび補助モータを備えた電気自動車や、駆動源にモータおよび変速機を直列に備えて複数の変速段を切り替える電気自動車なども、電動車両に含まれる。図1は、第1実施形態の電動車両の制御装置1を適用するハイブリッド車両用駆動装置の全体構成を模式的に示した図である。図1において、太線は各装置間の機械的な接続(駆動力の伝達経路)を示し、破線の矢印は制御信号および検出信号の流れを示し、一点鎖線の矢印は電力の流れを示している。
図1に示されるように、ハイブリッド車両用駆動装置は、エンジン2、クラッチ3、自動変速機4、モータ5、およびデファレンシャル装置7が、この順番に直列に配設されて構成されている。デファレンシャル装置7の出力側は、分岐して左右の駆動輪8L、8Rに回転連結されている。実施形態の電動車両の制御装置1は、エンジン2からモータ5までを制御する。エンジン2、モータ5、および駆動輪8L、8Rの配置に制約はなく、FF車、FR車、RR車のいずれであってもよい。また、モータ5の出力側以降を変形した4輪駆動タイプのハイブリッド車両であってもよい。
エンジン2は、出力軸21から駆動力を出力する。エンジン2は、ガソリンや軽油などの炭化水素系液体燃料を使用するガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいは、天然ガスやプロパンガスなどの炭化水素系気体燃料を使用するガスエンジンなどである。エンジン2は、出力軸21の他に、スロットルバルブ22、燃料噴射装置23、回転速度センサ24、および冷却液温度センサ25などを有する。
クラッチ3は、入力側部材31と出力側部材32との間を継断可能に回転連結する。入力側部材31は、エンジン2の出力軸21に回転連結されている。出力側部材32は、自動変速機4の入力軸41に回転連結されている。クラッチ3は、入力側部材31および出力側部材32の少なくとも一方を駆動して継断を可能にするアクチュエータ33を有している。クラッチ3は、さらに、クラッチストローク量を計測するストロークセンサ34を有している。
自動変速機4は、入力軸41と出力軸42との間で複数の変速比を切り替える。自動変速機4として、プラネタリギヤ形自動変速機や2軸平行形自動変速機を例示でき、これらに限定されない。自動変速機4は、変速比の切り替え動作を行うアクチュエータ43を有している。自動変速機4は、さらに、入力軸41の近傍に回転速度センサ44を有している。
モータ5は、クラッチ3を経由せずに、駆動力をデファレンシャル装置7に出力する。モータ5として、電気入力により駆動力を出力する駆動モード、および駆動力入力により発電を行う発電モードの切替えが可能な三相同期機を例示できる。モータ5は、主軸51、ならびに図略のロータおよびステータからなる。主軸51は、自動変速機4の出力軸42に回転連結されるとともに、デファレンシャル装置7の入力軸71にも回転連結されている。主軸51の周りには、永久磁石を有するロータが一体的に設けられている。一方、ケーシング側には、ステータコイルを有するステータが固設されている。
モータ5には、インバータ52およびバッテリ54が付設されている。インバータ52は、バッテリ54から供給された直流電力を交流電力に変換してステータコイルに供給する。これにより、モータ5は、主軸51から駆動力を出力する。また、制動時には、駆動輪8L、8Rから主軸51に駆動力が入力され、モータ5は回生発電を行う。さらに、走行中にエンジン2から主軸51に駆動力が入力され、モータ5が発電を行う場合もある。インバータ52は、発電によりステータコイルから出力される交流電力を直流電力に変換して、バッテリ54に供給する。これにより、バッテリ54が充電される。インバータ52が機能していないとき、主軸51は、単なる伝達軸として作用する。インバータ52は、冷却液によって冷却されるものであり、冷却液温度センサ53が設けられている。
制御装置1は、ハイブリッド車両用駆動装置を制御する。制御装置1は、CPUを有してソフトウェアで動作する電子制御装置である。制御装置1は、エンジン2のスロットルバルブ22および燃料噴射装置23を制御し、回転速度センサ24および冷却液温度センサ25から検出信号を受け取る。制御装置1は、クラッチ3のアクチュエータ33を制御し、ストロークセンサ34から検出信号を受け取る。制御装置1は、自動変速機4のアクチュエータ43を制御し、回転速度センサ44から検出信号を受け取る。制御装置1は、インバータ52の双方向の電力変換機能を制御し、冷却液温度センサ53から検出信号を受け取る。
制御装置1は、左右の車輪速センサ61L、61Rから左右の車輪速の検出信号を受け取る。また、制御装置1は、モータ5が装備されたエンジンルーム内の温度を検出する温度センサ62から検出信号を受け取る。さらに、制御装置1は、ブレーキペダル63の操作量を検出するブレーキセンサ64、およびアクセルペダル65の操作量を検出するアクセルセンサ66からそれぞれ検出信号を受け取る。
また、制御装置1に付設されたメモリ11には、ハイブリッド車両の走行モードの切り替え制御に関与する情報の一部が記憶されている。当該の情報として、車両重量Wb、駆動輪8L、8Rのタイヤ径Dd、駆動輪8L、8Rの転がり抵抗に関する物理量Rd、などを例示できる。例示した情報は、時間的に変化しない定数情報であるが、走行モードの切り替え制御に関与する情報に変数情報が含まれていてもよい。
制御装置1は、ハイブリッド車両用駆動装置の制御に関して走行モードの切り替え制御を行う。走行モードとして、モータ走行モード、エンジン走行モード、およびハイブリッド走行モードの3種類を例示できる。モータ走行モードにおいて、制御装置1は、エンジン2を停止し、クラッチ3を切断して、モータ5の駆動力のみにより車両を走行させる。エンジン走行モードにおいて、制御装置1は、エンジン2を回転させ、クラッチ3を継合し、モータ5を停止して、エンジン2の駆動力のみにより車両を走行させる。ハイブリッド走行モードにおいて、制御装置1は、エンジン2を回転させ、クラッチ3を継合し、モータ5も回転させ、エンジン2およびモータ5の駆動力を併用可能としつつ車両を走行させる。
次に、第1実施形態の電動車両の制御装置1の制御動作について説明する。制御装置1は、ハイブリッド車両がモータ走行モードにて登坂路で停止するときの制御を行う。具体的に、制御装置1は、モータ5およびインバータ52の温度監視を行い、必要に応じてモータ走行モードを切り替え制御する。図2は、第1実施形態の電動車両の制御装置1の制御処理を説明する処理フローの図である。制御装置1は、一定の制御サイクル間隔で、この処理フローを繰返して行う。
図2のステップS1で、制御装置1は、ハイブリッド車両の走行モードの切り替え制御に関与する情報を取得する。すなわち、制御装置1は、車両重量Wb、タイヤ径Dd、および転がり抵抗に関する物理量Rdをメモリ11から取得する。また、制御装置1は、左右の車輪速センサ61L、61Rからそれぞれ検出信号を受け取る。これにより、制御装置1は、ハイブリッド車両の現在の車速を演算できる。
さらに、制御装置1は、温度センサ62から検出信号を受け取ることで、モータ5が装備されたエンジンルーム内の温度を検出できる。エンジンルーム内の温度は、モータ5の放熱に関する雰囲気温度に相当する。また、制御装置1は、モータ5に流れた電流の履歴を把握している。さらに、モータ5の熱容量や発熱特性、放熱性能などの熱的諸特性も予め判っている。したがって、制御装置1は、電流の履歴に基づいて発熱量を求め、エンジンルーム内の温度に基づいて放熱量を求め、温度変化の履歴を推定し、モータ5の現在の温度Tm1を推定できる。
また、制御装置1は、冷却液温度センサ53から検出信号を受け取ることで、インバータ52の冷却液の温度を検出できる。冷却液の温度は、インバータ52の冷却に関する基準温度に相当する。また、インバータ52を通過する電流は、モータ5に流れる電流と一致する。さらに、インバータ525の熱容量や発熱特性、放熱性能などの熱的諸特性も予め判っている。したがって、制御装置1は、電流の履歴に基づいて発熱量を求め、冷却液の温度に基づいて放熱量を求め、温度変化の履歴を推定し、インバータ52の現在の温度Ti1を推定できる。
次のステップS2で、制御装置1は、ハイブリッド車両に乗車した人および積載された貨物を合わせた積載重量Wsを取得する。積載重量Wsは、例えば、荷重センサを設けて検出できる。あるいは、特開2001−304948号に例示される演算方法によって求めることができる。この演算方法は、端的に言えば、走行中に発生する加速度が相対的に大きければ積載重量Wsが小さいとし、加速度が相対的に小さければ積載重量Wsが大きいとする方法である。なお、簡易な安全サイドの演算方法では、ハイブリッド車両に定められた最大積載重量を以って積載重量Wsとしてもよい。
次のステップS3で、制御装置1は、登坂路の勾配を示す勾配角度Aの情報を取得する。勾配角度Aは、例えば、重量加速度の方向を検出可能な加速度センサを設けて検出できる。あるいは、制御装置1は、車載のナビゲーション装置から現在の車両位置の勾配の情報を取得するようにしてもよい。
次のステップS4で、制御装置1は、まず、「モータ走行モードにて登坂路で停止する」という前提条件が満たされているか否かを判別する。制御装置1は、自ら走行モードを制御するので、モータ走行モードであるか否かを容易に判別でき、加えて、ブレーキペダル63が操作されていないことも認識できる。また、制御装置1は、ステップS3で取得した勾配角度Aの情報に基づいて、登坂路であるか否かを判別できる。さらに、制御装置1は、演算によって求めた車速に基づいて、ハイブリッド車両が停止しているか否かを判別できる。前提条件が満たされていない場合、制御装置1は、以降の各ステップの処理を省略して、処理フローを終了する。
前提条件が満たされている場合、制御装置1は、次の(式1)を用いて、釣り合い駆動力Fを算出する。ただし、gは重力加速度を表す。
F=g×{(Wb+Ws)×sinA+Rd}………(式1)
釣り合い駆動力Fは、ハイブリッド車両が登坂路をずり下がろうとするずり下がり力に対抗してモータ5から出力されている駆動力を表す。
F=g×{(Wb+Ws)×sinA+Rd}………(式1)
釣り合い駆動力Fは、ハイブリッド車両が登坂路をずり下がろうとするずり下がり力に対抗してモータ5から出力されている駆動力を表す。
次のステップS5で、制御装置1は、釣り合い駆動力Fに応じたモータ5の温度Tmの変化を推定する。ハイブリッド車両が登坂路で停止している間、釣り合い駆動力Fは概ね一定値を保ち、モータ5の単位時間当たりの発熱量も概ね一定値となる。したがって、制御装置1は、モータ5の熱的諸特性および発熱量に基づいて、長時間が経過した後の飽和温度TmFを推定できる。
また、時間経過とともに変化するモータ5の瞬時温度Tm(温度Tmと同じ符号を使用)は、理論的には、モータ5の現在の温度Tm1、飽和温度TmF、およびモータ5の熱的諸特性の一項目である熱時定数を用いた推定式で表される。したがって、制御装置1は、温度上昇の飽和特性を表す推定式を用いて、モータ5の瞬時温度Tmの変化を推定できる。あるいは、制御装置1は、推定式に代え、モータ5の現在の温度Tm1の推定値ならびに釣り合い駆動力Fをパラメータとする一覧表形式のマップを用いて、瞬時温度Tmの変化を推定してもよい。
図3は、釣り合い駆動力Fに応じたモータ5の温度Tmの変化を推定した例を示す図である。図3で、横軸は現在時刻t1からの経過時間tを表し、縦軸は推定されたモータ5の温度Tmを表している。また、実線のグラフは釣り合い駆動力FL1が大きい場合を示し、一点鎖線のグラフは釣り合い駆動力FS1が小さい場合を示している。釣り合い駆動力FS1が小さい場合と比較して、釣り合い駆動力FL1が大きい場合のモータ5の飽和温度TmFは大きい。さらに、釣り合い駆動力FS1が小さい場合と比較して、釣り合い駆動力FL1が大きい場合のモータ5の瞬時温度Tmは、時間的に急峻に上昇する。
次のステップS6で、制御装置1は、釣り合い駆動力Fに応じたインバータ52の温度Tiの変化を推定する。制御装置1は、インバータ52の飽和温度TiFおよび瞬時温度Ti(温度Tiと同じ符号を使用)についても、モータ5と同様の推定方法、すなわち温度上昇の飽和特性を表す推定式あるいは一覧表形式のマップを用いる方法で推定を行うことができる。
図4は、釣り合い駆動力Fに応じたインバータ52の温度Tiの変化を推定した例を示す図である。図4の横軸、縦軸、実線および一点鎖線のグラフは、図3と同様の表示方法で表示されている。釣り合い駆動力FS2が小さい場合と比較して、釣り合い駆動力FL2が大きい場合のインバータ52の飽和温度TiFは大きい。さらに、釣り合い駆動力FS2が小さい場合と比較して、釣り合い駆動力FL2が大きい場合のインバータ52の瞬時温度Tiは、時間的に急峻に上昇する。なお、図4の例で、インバータ52の熱時定数は、モータ5の熱時定数よりも小さい。したがって、インバータ52の瞬時温度Tiは、モータ5の瞬時温度Tmと比較して、短時間のうちに飽和傾向を示す。
次のステップS7で、制御装置1は、モータ5の駆動可能時間tmを算出する。駆動可能時間tmは、現在時刻t1からモータ5の温度Tmがモータ側上限許容温度TmLに到達するまでの時間を表す。図3において、予め設定されたモータ側上限許容温度TmLが例示されている。釣り合い駆動力FL1が大きい場合、時刻t2に、モータ5の温度Tmがモータ側上限許容温度TmLに到達している。したがって、駆動可能時間tmは、現在時刻t1から時刻t2までの時間となる。一方、釣り合い駆動力FS1が小さい場合、飽和温度がモータ側上限許容温度TmLよりも小さく、モータ5の温度Tmは、モータ側上限許容温度TmLに到達しない。したがって、駆動可能時間tmは、無限に長い。
次のステップS8で、制御装置1は、インバータ52の通電可能時間tiを算出する。通電可能時間tiは、現在時刻t1からインバータ52の温度Tiがインバータ側上限許容温度TiLに到達するまでの時間を表す。図4において、予め設定されたインバータ側上限許容温度TiLが例示されている。釣り合い駆動力FL2が大きい場合、時刻t3に、インバータ52の温度Tiがインバータ側上限許容温度TiLに到達している。したがって、通電可能時間tiは、現在時刻t1から時刻t3までの時間となる。一方、釣り合い駆動力FS2が小さい場合、飽和温度がインバータ側上限許容温度TiLよりも小さく、インバータ52の温度Tiは、インバータ側上限許容温度TiLに到達しない。したがって、通電可能時間tiは、無限に長い。
次のステップS9で、制御装置1は、駆動可能時間tmと通電可能時間tiとを大小比較する。ステップS10またはステップS11で、制御装置1は、駆動可能時間tmおよび通電可能時間tiのうち小さい側を維持可能時間t(on)とする。維持可能時間t(on)は、モータ走行モードを維持しても、モータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiが上限許容温度TmL、TiLに到達しない限度の時間を意味する。
次のステップS12で、制御装置1は、維持可能時間t(on)と所定時間t(th)とを大小比較する。所定時間t(th)は、モータ走行モードを他の走行モードに切り替えるために必要な切り替え所要時間以上に設定されている。所定時間t(th)は、エンジン2を始動するとともにクラッチ3を滑りつつ継合した半クラッチ状態にするまでの時間に加え、余裕時間を見込んで設定されることが好ましい。
維持可能時間t(on)が所定時間t(th)よりも大きい場合のステップS13で、制御装置1は、モータ走行モードを維持する。維持可能時間t(on)が所定時間t(th)以下となった場合のステップS14で、制御装置1は、モータ走行モードをエンジン走行モードまたはハイブリッド走行モードに切り替える。これにより、モータ5の釣り合い駆動力Fは無くなり、あるいは軽減される。したがって、モータ5およびインバータ52は、発熱量が低減されて、温度Tm、Tiの上昇が止まる。
図5は、モータ走行モードを他の走行モードに切り替える場合を例示したタイムチャートの図である。図5の横軸は共通の経過時間tであり、上段のグラフはモータ5の温度tm、中段のグラフはインバータ52の温度Ti、下段のグラフは走行モードをそれぞれ示している。図5において、モータ5の現在時刻t1から時刻t7までの駆動可能時間tmよりも、インバータ52の現在時刻t1から時刻t6までの通電可能時間tiの方が小さい。したがって、通電可能時間tiが維持可能時間t(on)となる。逆に、駆動可能時間tmが通電可能時間tiよりも小さくなって、維持可能時間t(on)となる場合も生じ得る。現在時刻t1において、通電可能時間tiは所定時間t(th)よりも大きく、モータ走行モードが維持される。
そして、現在時刻が時刻t4まで進むと、時刻t4から時刻t6までの通電可能時間ti4が所定時間t(th)に一致する。このため、制御装置1は、時刻t4にモード切り替え指令を発する。モータ走行モードがハイブリッド走行モードに実際に切り替えられる時刻t5は、時刻t4よりも遅れるが、時刻t6以前となる。したがって、時刻t5以降にモータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiは上昇せず、上限許容温度TmL、TiLを越えない。これによれば、モータ5およびインバータ52の高温化が確実に防止される。
なお、モータ側上限許容温度TmLおよびインバータ側上限許容温度TiLは、ハイブリッド車両がモータ走行モードを維持して発進したときの駆動力の増加分に相当するモータ5およびインバータ52の温度上昇を見込んで設定されている。詳述すると、モータ走行モードにて登坂路を発進する際には、停止時よりもさらに大きな駆動力が必要になるため、モータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiは、過渡的に急峻に上昇する。これを見込んで、モータ側上限許容温度TmLおよびインバータ側上限許容温度TiLは、過渡的かつ急峻な温度上昇の分だけ低めに設定されている。したがって、いつハイブリッド車両が発進しても、モータ5およびインバータ52が高温状態に陥ることは無い。
図2の処理フローのステップS1からステップS3までの処理機能は、本発明の情報取得部に相当する。同様に、ステップS4の処理機能は、釣り合い駆動力算出部に相当し、ステップS5およびステップS6の処理機能は、温度変化推定部に相当する。また、ステップS7およびステップS8の処理機能は、時間算出部に相当する。さらに、ステップS9からステップS14までの処理機能は、モード切り替え部に相当する。
次に、図6は、登坂路の勾配角度Aに応じて変化する制御装置1の制御事例を示したタイムチャートの図である。図6の横軸は共通の経過時間tであり、3ケースの制御事例が時系列的に示されている。5個のグラフは上から順番に、登坂路の勾配角度A、釣り合い駆動力F、モータ5の温度Tm、モータ5の駆動可能時間tm、および走行モードをそれぞれ示している。モータ5の温度Tmについては、時間経過とともに変化する瞬時温度Tm1、Tm2、Tm3を一点鎖線で示し、長時間が経過した後の飽和温度TmF1、TmF2、TmF3を実線で示している。なお、この制御事例において、モータ5よりも温度上昇特性や上限許容温度の制約が緩慢なインバータ52の温度Tiおよび通電可能時間tiは、実質的に制御に関係しないので省略されている。
図6の時刻t11に、ハイブリッド車両がモータ走行モードにて第1の登坂路で停止した。第1の登坂路の勾配角度A1は小さく、釣り合い駆動力F1も小さい。時刻t11の直後に推定されたモータ5の飽和温度TmF1は、モータ側上限許容温度TmLより大幅に小さい。また、時間経過とともに変化する瞬時温度Tm1も、モータ側上限許容温度TmLより大幅に小さい。したがって、モータ5の駆動可能時間tmは無限大となる。このため、第1の登坂路で、モータ走行モードは切り替えられない。
図6の時刻t12に、ハイブリッド車両がモータ走行モードにて第2の登坂路で停止した。第2の登坂路の勾配角度A2は中程度であり、釣り合い駆動力F2も中程度となっている。時刻t12の直後に推定されたモータ5の飽和温度TmF2は、モータ側上限許容温度TmLよりもわずかに小さい。また、時間経過とともに変化する瞬時温度Tm2は、時刻t13以降の一時期にモータ側上限許容温度TmLを超過するが、最終的には飽和温度TmF2に落ち着く。したがって、制御装置1は、走行モードの切り替えは不要と判定し、モータ5の駆動可能時間tmは無限大となる。このため、第2の登坂路でも、モータ走行モードは切り替えられない。
図6の時刻t14に、ハイブリッド車両がモータ走行モードにて第3の登坂路で停止した。第3の登坂路の勾配角度A3は大きく、釣り合い駆動力F3も大きい。時刻t14の直後に推定されたモータ5の飽和温度TmF3は、モータ側上限許容温度TmLを超過する。また、時間経過とともに変化する瞬時温度Tm3は、時刻t15にモータ側上限許容温度TmLを超過する。モータ5の駆動可能時間tmは、時刻t14の直後に有限値tm3が算出され、その後漸減してゆく。したがって、制御装置1は、時刻t14で直ちに走行モードを切り替えず、時刻t15以前にモード切り替えが完了する制御を行う。このため、第3の登坂路で、時刻t15以前にモータ走行モードがハイブリッド走行モードに切り替えられる。
第1実施形態の電動車両の制御装置1は、駆動輪8L、8Rを回転駆動するモータ5と、モータ5に流れる電流を制御して出力される駆動力を調整するインバータ52と、モータ5のみを駆動源にして走行するモータ走行モードを含む複数の走行モードを切り替え可能な電動車両に対して、モータ走行モードにて登坂路で停止する制御を行う制御装置1とを備え、ハイブリッド車両の走行モードの切り替え制御に関与する情報、および登坂路の勾配に関する情報を取得する情報取得部(ステップS1〜ステップS3)と、取得した情報に基づいて、ハイブリッド車両がモータ走行モードにて登坂路で停止していることを判別するとともに、ハイブリッド車両が登坂路をずり下がろうとするずり下がり力に対抗してモータ5から出力されている釣り合い駆動力Fを算出する釣り合い駆動力算出部(ステップS4)と、算出した釣り合い駆動力F、および温度上昇の飽和特性に基づいて、モータ5の温度Tmの変化およびインバータ52の温度Tiの変化を推定する温度変化推定部(ステップS5、ステップS6)と、推定した温度変化に基づいて、モータ5の温度Tmが設定されたモータ側上限許容温度TmLに到達するまでの駆動可能時間tm、およびインバータ52の温度Tiが設定されたインバータ側上限許容温度TiLに到達するまでの通電可能時間tiを算出する時間算出部(ステップS7、ステップS8)と、駆動可能時間tmおよび通電可能時間tmの小さい側(維持可能時間t(on))が所定時間t(th)以下になると、モータ走行モードを他の走行モードに切り替えるモード切り替え部(ステップS9〜ステップS14)と、を備えた。
これによれば、釣り合い駆動力の大きさ、および温度上昇の飽和特性に基づいて、モータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiの変化を推定でき、さらには、駆動可能時間tmおよび通電可能時間tiを算出できるので、登坂路でのモータ走行モードによるハイブリッド車両の停止を所定時間t(th)の限度まで最大限に実現できる。したがって、ハイブリッド車両の登坂路での迅速な発進が可能になる。また、エンジン2の駆動力を用いて停止する場合と比較して、燃費が向上する。さらに、所定時間t(th)の限度に達したときには、モータ走行モードを他の走行モードに切り替えてモータ5の駆動力を軽減することにより、モータ5およびインバータ52の発熱量が低減されるので、高温化を防止できる。
さらに、温度変化推定部は、モータ5の時間経過とともに変化する瞬時温度Tmおよび長時間が経過した後の飽和温度TmF、ならびに、インバータ52の時間経過とともに変化する瞬時温度Tiおよび長時間が経過した後の飽和温度TiFを推定し、時間算出部は、モータ5の瞬時温度Tmおよび飽和温度TmFの少なくとも一方に基づいて駆動可能時間tmを算出するとともに、インバータ52の瞬時温度Tiおよび飽和温度TiFの少なくとも一方に基づいて通電可能時間tiを算出する。
これによれば、温度上昇の飽和特性を考慮して温度Tm、Tiの変化を高精度に推定でき、さらには、駆動可能時間tmおよび通電可能時間tiを高精度に算出できる。したがって、モータ走行モードを最大限に実現する効果、および高温化を防止する効果は、確実で顕著なものとなる。
さらに、温度変化推定部は、モータ5およびインバータ52の現在の温度Tm1、Ti1の推定値ならびに釣り合い駆動力Fを用いた推定式、あるいは、モータ2およびインバータ52の現在の温度Tm1、Ti1の推定値ならびに釣り合い駆動力Fをパラメータとする一覧表形式のマップを用いる。これによれば、モータ2およびインバータ52の現在の温度Tm1、Ti1を検出する専用の温度センサが不要であるので、コストを抑えることができる。
さらにハイブリッド車両(電動車両)の走行モードの切り替え制御に関与する情報は、車両重量Wb、積載重量Ws、駆動輪8L、8Rのタイヤ径Dd、駆動輪8L、8Rの転がり抵抗に関する物理量Rd、モータ5の現在の温度Tm1に相関するエンジンルーム内の温度、インバータ52の現在の温度Ti1に相関する冷却液の温度、現在の走行モード、および現在の車速のうち少なくとも1情報を含む。これらの情報を取得することにより、釣り合い駆動力算出部温度変化推定部、および時間算出部の算出精度および推定精度が向上して、制御の精度がさらに一層向上する。
さらに、モータ側上限許容温度TmLおよびインバータ側上限許容温度TiLは、ハイブリッド車両(電動車両)がモータ走行モードを維持して発進したときの駆動力の増加分に相当するモータ5およびインバータ52の温度上昇を見込んで設定されている。これによれば、いつハイブリッド車両が発進しても、モータ5およびインバータ52が高温状態に陥ることは無い。
さらに、モード切り替え部における所定時間t(th)は、モータ走行モードを他の走行モードに切り替えるために必要な切り替え所要時間以上に設定されている。これによれば、モータ5およびインバータ52の温度tm、tiが上限許容温度TmL、TiLに到達する以前に走行モードの切り替えが完了する。したがって、モータ5およびインバータ52の高温化が確実に防止される。
次に、第2実施形態の電動車両の制御装置について、第1実施形態と異なる点を主にして説明する。第2実施形態において、ハイブリッド車両用駆動装置の全体構成は図1に示された第1実施形態と同じであり、モータ側上限許容温度TmLおよびインバータ側上限許容温度TiLの設定、ならびに制御装置の処理フローが第1実施形態と異なる。
第2実施形態において、モータ側上限許容温度TmLおよびインバータ側上限許容温度TiLは、発進時の過渡的かつ急峻な温度上昇の分を見込まず、上限ぎりぎりに設定されている。このため、ハイブリッド車両がモータ走行モードを維持して発進すると、高温状態に陥るおそれが皆無でない。第2実施形態の制御装置は、高温状態のおそれが有る場合に、モータ走行モードを切り替えて発進することにより、高温状態を未然に回避する。図7は、第2実施形態の電動車両の制御装置の制御動作を説明する処理フローの図である。図中のステップS1からステップS14までは、第1実施形態と同じ処理内容である。
図7のステップS13に続くステップS21で、制御装置1は、発進要求の有無を判別する。例えば、アクセルペダル65の操作量の増加があったときに、制御装置1は、発進要求有りと判定する。制御装置1は、発進要求が無いときに処理フローを終了し、発進要求が有ると、処理フローの実行をステップS22に進める。ステップS22で、制御装置は、発進時に高温化のおそれが有るか否かを判定する。詳述すると、制御装置は、ハイブリッド車両がモータ走行モードを維持して発進することを想定し、発進時の駆動力の増加分に相当する温度上昇がモータ5およびインバータ52で発生する推定を行う。制御装置は、推定結果に基づき、モータ5の温度Tmがモータ側上限許容温度TmLを超過するおそれが有るか否かを判定し、インバータ52の温度Tiがインバータ側上限許容温度TiLを超過するおそれが有るか否かを判定する。
少なくとも一方で高温化のおそれが有ると、ステップ23で、制御装置は、モータ走行モードを他の走行モードに切り替える。ステップ23の終了後、制御装置は、処理フローの実行をステップ24に進めてハイブリッド車両の発進を制御する。これにより、発進の際にモータ5に要求される駆動力は、モータ走行モードを維持した場合と比較して軽減される。したがって、モータ5およびインバータ52が高温状態に陥るおそれは無い。また、ステップS22で高温化のおそれが無い場合に、ステップ24で、制御装置は、モータ走行モードでハイブリッド車両の発進を制御する。この場合にも、モータ5およびインバータ52が高温状態に陥るおそれは無い。
一方、ステップS14に続くステップS25でも、制御装置は、発進要求の有無を判別する。制御装置は、発進要求が無いときに処理フローを終了し、発進要求が有ると、処理フローの実行をステップS24に進める。ステップ24で発進を制御した後、制御装置は、処理フローを終了する。図7の処理フローのステップS21からステップS24までの処理機能は、本発明の発進時モード切り替え部に相当する。
第2実施形態の電動車両の制御装置は、ハイブリッド車両(電動車両)がモータ走行モードを維持して発進することを想定し、発進時の駆動力の増加分に相当する温度上昇がモータ5およびインバータ52で発生して、モータ5の温度Tmがモータ側上限許容温度TmLを超過するおそれがある場合、あるいはインバータ52の温度Tiがインバータ側上限許容温度TiLを超過するおそれがある場合に、モータ走行モードを他の走行モードに切り替えて発進する発進時モード切り替え部(ステップS21〜ステップS24)をさらに備えた。
これによれば、モータ側上限許容温度TmLおよびインバータ側上限許容温度TiLを第1実施形態よりも高く設定できるので、登坂路でのモータ走行モードによる車両の停止を最大限に実現できる。ただし、モータ5およびインバータ52の温度条件によっては、発進時にモータ走行モードを他の走行モードに切り替える必要が生じる。
次に、第3実施形態の電動車両の制御装置について、第1および第2実施形態と異なる点を主にして説明する。第3実施形態において、ハイブリッド車両用駆動装置の全体構成は図1に示された第1実施形態と同じであり、制御装置の処理フローが第1および第2実施形態と異なる。第3実施形態において、制御装置は、モータ走行モードを他の走行モードに切り替えた後にモータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiが下降すると、モータ走行モードを再開する。図8は、第3実施形態の電動車両の制御装置の制御動作を説明する処理フローの図である。図中のステップS1からステップS14までは、第1実施形態と同じ処理内容である。
図8のステップS3に続くステップS31で、制御装置は、現在の走行モードがモータ走行モードであるか否かを判別する。モータ走行モードのとき、制御装置は、第1実施形態のステップS4〜ステップS14と同じ処理を行って処理フローを終了する。他の走行モードのときのステップS32で、制御装置は、軽減された釣り合い駆動力Fを算出する。例えば、エンジン走行モードであれば、モータ5が出力する釣り合い駆動力Fはゼロとなる。また例えば、ハイブリッド走行モードであれば、釣り合い駆動力Fは、エンジン2およびモータ5に分配されている。制御装置は、エンジン2およびモータ5の両方を制御するので、モータ5の軽減された釣り合い駆動力Fを容易に算出できる。
次のステップS33で、制御装置1は、軽減された釣り合い駆動力Fに応じたモータ5の温度Tmの下降を推定する。次のステップS34で、制御装置1は、軽減された釣り合い駆動力Fに応じたインバータ52の温度Tiの下降を推定する。温度Tm、Tiの下降の推定方法は、上昇と下降の違いは有っても第1実施形態で説明したステップS5およびステップS6と同様である。
次のステップS35で、制御装置は、モータ5の温度Tmとモータ側再開許容温度TmRとを大小比較する。さらに、次のステップS36で、制御装置は、インバータ52の温度Tiとインバータ側再開許容温度TiRとを大小比較する。モータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiがともに再開許容温度TmR、TiR以下まで下降していると、ステップS37で、制御装置は、他の走行モードをモータ走行モードに戻す。また、モータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiの少なくとも一方が再開許容温度TmR、TiRまで下降していないとき、ステップS38で、制御装置は、他の走行モードを維持する。
ステップS37またはステップS38の終了後に、制御装置は、処理フローを終了する。図9の処理フローのステップS32からステップS34までの処理機能は、本発明の温度下降推定部に相当する。また、ステップS35からステップS37までの処理機能は、本発明のモータ走行モード再開部に相当する。
なお、モータ側再開許容温度TmRは、モータ側上限許容温度TmLより低く設定されている。同様に、インバータ側再開許容温度TiRも、インバータ側上限許容温度TiLより低く設定されている。上記したヒステリシスを持たせた設定によれば、、モータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiが上限許容温度TmL、TiLを挟んで昇降することに起因して走行モードが頻繁に切り替わる事象が防止される。
第3実施形態の電動車両の制御装置は、モード切り替え部がモータ走行モードを他の走行モードに切り替えた後に、モータ5の温度Tmの下降を推定するとともに、インバータ52の温度Tiの下降を推定する温度下降推定部(ステップS32〜ステップS34)と、推定したモータ5の温度Tmがモータ側上限許容温度tmLよりも低いモータ側再開許容温度TmR以下まで下降し、かつ、推定したインバータ52の温度Tiがインバータ側上限許容温度TiLよりも低いインバータ側再開許容温度TiR以下まで下降したときに、他の走行モードをモータ走行モードに戻すモータ走行モード再開部(ステップS34〜ステップS37)と、をさらに備えた。
これによれば、他の走行モードに切り替えられた後であっても、モータ5およびインバータ52の温度Tm、Tiが下降すると、モータ走行モードが再開される。したがって、モータ走行モードが最大限に実現され、かつ、高温化の防止も確実なものとなる。
なお、本発明は、ハイブリッド車両以外の電動車両でも実施可能である。例えば、本発明は、駆動源に主モータおよび補助モータを備え、主モータのみを駆動源とするモータ走行モードと、両方のモータを駆動源とする並列走行モードとを切り替える電動車両でも実施可能である。また例えば、本発明は、駆動源にモータおよび変速機を直列に備え、変速機の特定変速段で走行するモータ走行モードと、特定変速段以外の変速段で走行する他の走行モードとを切り替える電動車両でも実施可能である。
また、モータ5およびインバータ52の現在の温度tm1、ti1を推定するために、温度センサ62や冷却液温度センサ53以外の温度検出手段を用いてもよい。本発明は、その他にも、様々な変形や応用が可能である。
1:電動車両の制御装置 11:メモリ
2:エンジン 3:クラッチ 4:自動変速機
5:モータ 52:インバータ 53:冷却液温度センサ
54:バッテリ 62:温度センサ
7:デファレンシャル装置 8L、8R:駆動輪
Tm:モータの温度、瞬時温度 TmL:飽和温度
Ti:インバータの温度、瞬時温度 TiL:飽和温度
tm:駆動可能時間 ti:通電可能時間
t(on):維持可能時間 t(th):所定時間
2:エンジン 3:クラッチ 4:自動変速機
5:モータ 52:インバータ 53:冷却液温度センサ
54:バッテリ 62:温度センサ
7:デファレンシャル装置 8L、8R:駆動輪
Tm:モータの温度、瞬時温度 TmL:飽和温度
Ti:インバータの温度、瞬時温度 TiL:飽和温度
tm:駆動可能時間 ti:通電可能時間
t(on):維持可能時間 t(th):所定時間
Claims (8)
- 駆動輪を回転駆動するモータと、
前記モータに流れる電流を制御して出力される駆動力を調整するインバータと、
前記モータのみを駆動源にして走行するモータ走行モードを含む複数の走行モードを切り替え可能な電動車両に対して、前記モータ走行モードにて登坂路で停止する制御を行う制御装置とを備え、
前記電動車両の前記走行モードの切り替え制御に関与する情報、および前記登坂路の勾配に関する情報を取得する情報取得部と、
取得した情報に基づいて、前記電動車両が前記モータ走行モードにて前記登坂路で停止していることを判別するとともに、前記電動車両が前記登坂路をずり下がろうとするずり下がり力に対抗して前記モータから出力されている釣り合い駆動力を算出する釣り合い駆動力算出部と、
算出した釣り合い駆動力、および温度上昇の飽和特性に基づいて、前記モータの温度の変化および前記インバータの温度の変化を推定する温度変化推定部と、
推定した温度変化に基づいて、前記モータの温度が設定されたモータ側上限許容温度に到達するまでの駆動可能時間、および前記インバータの温度が設定されたインバータ側上限許容温度に到達するまでの通電可能時間を算出する時間算出部と、
前記駆動可能時間および前記通電可能時間の小さい側が所定時間以下になると、前記モータ走行モードを他の走行モードに切り替えるモード切り替え部と、
を備えた電動車両の制御装置。 - 前記温度変化推定部は、前記モータの時間経過とともに変化する瞬時温度および長時間が経過した後の飽和温度、ならびに、前記インバータの時間経過とともに変化する瞬時温度および長時間が経過した後の飽和温度を推定し、
前記時間算出部は、前記モータの前記瞬時温度および前記飽和温度の少なくとも一方に基づいて前記駆動可能時間を算出するとともに、前記インバータの前記瞬時温度および前記飽和温度の少なくとも一方に基づいて前記通電可能時間を算出する請求項1に記載の電動車両の制御装置。 - 前記温度変化推定部は、前記モータおよび前記インバータの現在の温度の推定値ならびに前記釣り合い駆動力を用いた推定式、あるいは、前記モータおよび前記インバータの現在の温度の推定値ならびに前記釣り合い駆動力をパラメータとする一覧表形式のマップを用いる請求項1または2に記載の電動車両の制御装置。
- 前記電動車両の前記走行モードの切り替え制御に関与する情報は、車両重量、積載重量、前記駆動輪のタイヤ径、前記駆動輪の転がり抵抗に関する物理量、前記モータの現在の温度に相関する温度、前記インバータの現在の温度に相関する温度、現在の走行モード、および現在の車速のうち少なくとも1情報を含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置。
- 前記モータ側上限許容温度および前記インバータ側上限許容温度は、前記電動車両が前記モータ走行モードを維持して発進したときの駆動力の増加分に相当する前記モータおよび前記インバータの温度上昇を見込んで設定されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置。
- 前記電動車両が前記モータ走行モードを維持して発進することを想定し、発進時の駆動力の増加分に相当する温度上昇が前記モータおよび前記インバータで発生して、前記モータの温度が前記モータ側上限許容温度を超過するおそれが有る場合、あるいは前記インバータの温度が前記インバータ側上限許容温度を超過するおそれが有る場合に、前記モータ走行モードを他の走行モードに切り替えて発進する発進時モード切り替え部をさらに備えた請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置。
- 前記モード切り替え部における前記所定時間は、前記モータ走行モードを前記他の走行モードに切り替えるために必要な切り替え所要時間以上に設定されている請求項1〜6のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置。
- 前記モード切り替え部が前記モータ走行モードを前記他の走行モードに切り替えた後に、前記モータの温度の下降を推定するとともに、前記インバータの温度の下降を推定する温度下降推定部と、
推定した前記モータの温度が前記モータ側上限許容温度より低いモータ側再開許容温度以下まで下降し、かつ、推定した前記インバータの温度が前記インバータ側上限許容温度より低いインバータ側再開許容温度以下まで下降したときに、前記他の走行モードを前記モータ走行モードに戻すモータ走行モード再開部と、をさらに備えた電動車両の制御装置。
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